視頻|將腦電波翻譯成機器語言,人類用意念輕鬆控制機器人

2020-12-20 澎湃新聞

視頻｜將腦電波翻譯成機器語言，人類用意念輕鬆控制機器人

澎湃新聞記者 虞涵棋

2017-03-07 20:41 來源：澎湃新聞

人們只需在腦子裡想著「是」或「否」，就可以被機器人所理解。實習生 許嘉寧(00:51)

《基督山伯爵》中有這樣一幕：無法講話和行走的諾瓦蒂埃運用眨眼的方式和孫女瓦朗蒂娜交流，用閉眼睛來表示「是」，用眨眼睛表示「否」，在公證人面前立下了遺囑。而放在現在，諾瓦蒂埃也許可以不用費力眨眼閉眼，只需在腦子裡想著「是」或「否」，就可以被機器人所理解。麻省理工學院（MIT）當地時間3月6日在官網上宣布，MIT計算機科學和人工智慧實驗室（CSAIL）和波士頓大學合作的一個研究團隊實現了用腦電波來糾錯機器人，協助機器人完成一個簡單的分類任務。

這個實驗需要一個主控制器、Braxter機器人、腦電圖（EEG）檢測器和分類器。一個Adruino平臺負責在主控制器和EEG系統之間傳遞信號。機器人面臨的是一個簡單的分類任務：用機械臂將電線和油漆分門別類地放置。

人類用「意念」控制機器人示意圖。

如果機器歸錯了門類，人類會意識機器弄錯了，並產生一種名為「錯誤相關電位」(ErrPs)的腦電波信號。腦電圖系統會檢測到這個信號，機器人就會把物體轉而放到另一個筐子。得益於一個創新性的機器學習算法，系統能在10毫秒（1毫秒為千分之一秒）到30毫秒之間識別出這種錯誤相關電位。

通過用腦電波信號來控制機器人，機器人就能像人類的一根手指或者一條腿一樣聽命於大腦，「隨心而動」，仿佛成為人類外延的一部分身體。

更「隨意」地控制機器人，如臂使指

這並不是人類第一次實現用「意念」控制機器人。此前，多個研究團隊都曾研發出能依照腦中所想而行動的機器人，甚至是能輔助殘疾人走路的機械骨架。它們也是靠腦電波來實現人機交流的。通常，一個實驗對象頭戴嵌入電極的傳感器，想像機器人的動作，將腦電波信號傳入計算機中，計算機再將腦電波信號處理成指揮機器人的指令。

這種方法雖然已經實現讓機器人完成行走這種更複雜的動作，但它有一個很大的缺陷：太過依賴人的「腦補」能力。人必須按照特定的方式進行「思考」，形成一種固定的模式，以便形成能被計算機識別的腦電波信號——這種能力還需要一個訓練過程。比方說，如果用傳統的方法實現上文中的這個簡單任務，人可能要通過盯著兩種光束中的一種，產生特定的腦電波信號，來指揮機器人把一個物體分類到兩個籃子裡的一個。如果長時間監督計算機進行此類的導航和工作任務，人類的注意力要高度集中，思維也要一直保持那種固定的模式，非常辛苦。

因此，MIT和波士頓大學的這個聯合研究團隊，就是想解放一下監督機器人工作的人類，讓整個過程更為自然，更為「隨意」，就像指揮你自己的一根手指一樣。當人類察覺到機器人做錯了時，「錯誤相關電位」很自然地就會生成，然後由機器人做出判斷和調整。

「你看著這個機器人，全部的工作就是在腦子裡判斷它是做錯了還是做對了」，CSAIL主任Daniela Rus介紹道，「你不用訓練自己來按機器需要的模式進行思考——是機器要來適應你，而不是反過來。」

在技術方法，這種方法的難點在於，「錯誤相關電位」非常微弱，因此系統要被調整得足夠敏感，以對接收到的信號進行分類判斷，並反饋給人類操作員。

從「二選一」到更複雜的任務

目前，該系統還只能完成這種簡單的「二選一」任務，因為錯誤相關電位的有或無對計算機來說是一個二元信號。

為了提高系統的準確率，研究人員目前正在試圖讓計算機檢測到「二級錯誤」信號。當系統沒有檢測到「一級錯誤」信號，即沒有得到人類給出「你做錯啦」的信號時，計算機會吃不準到底是自己沒做錯，還是自己沒有得到準確的信號。研究人員的思路是讓計算機主動觸發人類的反饋，以得到一個更明確的答案。

CSAIL研究員Stephanie Gil說道，「通過建立這種人機之間關於選擇的持續性交流機制，信號的準確率會大大提高。」Gil預期，一旦實現這種交流，信號的準確率可以達到90%以上。

此外，儘管當前錯誤相關電位是被當做一個有或無的二元信號處理，但在此前的研究中，人類已經發現錯誤相關電位的強度是可以被分級的，從而可以知道機器人到底錯的有多離譜。因而，在理論上，錯誤相關電位還可以被處理成多元信號，從而在未來應用到更為複雜的多選項任務中。

Daniela Rus認為，這項工作證明了機器人有潛力被人類更「直覺」化地控制，「想像一下不用輸入命令、不用敲一個鍵、甚至都不用說一個詞，我們隨時隨地都能指揮機器人完成一個特定動作。這種方案能讓人類更有效地管理工廠機器人、無人駕駛汽車，還有其他我們尚未研發出來的高科技。」

同時，想諾瓦蒂埃這樣無法用語言交流的人也有了新的希望：像拼寫這樣的任務也可以通過一系列二元信號來完成。波士頓大學博士生Salazar-Gomez把這比喻為一種高級版本的眨眼機制——電影《潛水鐘和蝴蝶》中，只有一隻眼睛可以活動的主人公就是用眨眼這種二元信號來與世界交流，「寫」成一本書的。

弗賴堡大學計算機系教授Wolfram Burgard對此評價道：「這項工作讓我們距離有效腦控機器人和假體更近了一步。將人類語言翻譯成機器語言是很困難的，但這對未來的人機協作意義深遠。」

這項成果被CSAIL和波士頓大學的相關研究人員寫作為一篇題為《利用EEG信號實時糾錯機器人》（「Correcting Robot Mistakes in Real Time Using EEG Signals」）的論文，已被今年5月份將在新加坡舉行的IEEE國際機器人與自動化大會（ICRA）接收。

實驗中的這個Baxter機器人，由初創企業Rethink Robotics研發。而該企業的創始人就是前CSAIL主任、iRobot的聯合創始人Rodney Brooks。

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關鍵詞 >> 機器人,意念,腦電波,人類,澎湃,澎湃新聞

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